全隔离高压伺服电机开源板（基于103C8）：双ICS霍尔隔离采样+PWM隔离FOC电机控制板调试文档说明

技术交流QQ群：171897584

公众号：游名科技

工作电压范围：140V到310VDC或AC110V到AC220V；

电流：最大2A；

不支持自动电机参数测试；

双ICS FOC无感/有感霍尔/有感编码器等驱动；

PWM隔离、电流采样隔离、DCDC电源隔离可直接接AC220V调试；

' ?* ~* M: _6 n+ s2 C& ?6 n

但报启动失败故障，这时：
• 需要减低加速率，或提高开环启动电流
3 i4 B& f) x' P* d4 U: D/ {: g如果以上方法可以解决，但是不能保证100%有效，请尝试增加定位功能。
6 _" d6 y, T- ~9 W; C/ U. X
9 T- g! I. h( ~' G* a, S! w如果转子可以转动并且有加速动作，但是还是会停止并且报“速度反馈失败”错误，可能由以下原因导致：
   • 启动成功的限制条件过于宽松导致过早切入闭环。
/ a* f" V+ _6 B: Q/ h' J   • 如下的方法可以解决这样的问题：
   • 提高“连续成功启动输出测试”值，正常情况下请不要大于5。
  T2 q" k8 k* u& J* W   • 提高最小启动输出速度。
; D) l1 A% A* G$ r3 s$ Z如果采用 以上方法导致开环的最终速度过高，或没有解决问题，可以尝试以下方法：
, T. X! B* F# t, f   • 减少观测器的增益G2,它可以降低扰动对速度反馈的影响。
* H0 w: _2 p( u' R1 q, |   • 通常G2应该按照/2,/4,/6,/8方式来减少。
   • 放宽观测器的收敛条件，这样使观测器更容易收敛：
7 Z" N& h: c+ C$ t; U   • 使用新的电机库，可以设置速度变化波动为80%（PLL） ,或400%（Cordic)。
* I# }  l# E2 [8 I   • 这种情况下需要增加反向电动势幅度与估算速度一致性的检查。
  Q( E- i) U! r. f' r* D1 Z   • 更改速度/扭矩的爬升率：根据实际负载和转子的惯性等情况，让加速度更加柔和，防止突然加速导致对反向电动势估算的扰动。
% p: |2 K4 H) v

板子：
电源输入：
AC L:接交流电AC火线或高压开关电源正+
AC N:接交流电AC零线或高压开关电源负-

- a- e) h; ?+ S+ Y; N( P电机线：
) b0 }1 s2 ]) ?; O& n. Q1 s9 H. qU:接电机U或A
V:接电机V或B
  X$ y0 W' W7 s& GW:接电机W或C

霍尔或编码器接线
HA:接电机霍尔传感器U或编码器A（对应550W伺服电机编码器：4脚）
" @" T2 u* L! [9 G  ?HB:接电机霍尔传感器V或编码器B（对应550W伺服电机编码器：3脚）
HC:接电机霍尔传感器W（对应550W伺服电机编码器：2脚）
0 f  @4 q) C* Y$ UGND或0V：接电机传感器接口GND（对应550W伺服电机编码器：5脚）
+5：接电机传感器接口5V（对应550W伺服电机编码器：14脚）
; }  s& D# N% E仿真调试接口及串口接线说明:
# w+ _& g1 V  \/ X# |3 [CLK：接隔离DAP仿真器CLK或ST LINK仿真器CLK（SWD信号时钟脚）
. k8 m- d$ _& kDIO：接隔离DAP仿真器DIO或ST LINK仿真器DIO（SWD信号数据脚）
GND：接隔离DAP仿真器GND或ST LINK仿真器GND
VDD：接隔离DAP仿真器VDD或ST LINK仿真器VDD（ST LINK仿真器可不接VDD）
6 V0 g. i# z9 v$ ^, iRST：可不接，接ST LINK仿真器RST
6 X9 @9 B- B- @* _5 S& ~, ATX（TX接RX需交叉）：接隔离DAP仿真器RX或ST LINK仿真器RX
RX（RX接TX需交叉）：接隔离DAP仿真器TX或ST LINK仿真器TX

如果启动后立即出现硬件过流保护，可能由以下原因导致：
) A0 @. H  }* [  O• 选择了错误的电流采样方式
! D% g! H" R3 i• 选择了错误的电流采样参数：如取样电阻值，放大倍数， ICS增益， Tnoise, Trise等.
• 电流环的调节带宽过高：3电阻采样建议为2000rad/s, 单电阻采样建议为1000rad/s
• 由于布线受到干扰而导致误触发硬件过流保护，需要检查硬件设计。
如果出现电机只动一下，但是没有加速动作：
• 这种问题一般是因为开环电流不够大导致无法拖起转子加速，有时出现开环启动完成，
  e7 p- w8 j" s3 M' Z3 `  }2 ?

一、硬件说明

1.1图纸说明

IPM模块：选的是国产600V/15A IPM模块，国产IPM模块最好留至少5倍余量，也就是尽量不要超过3A，如果是进口IPM模块至少3倍余量；
电源隔离：采用自制的DCDC隔离模块U11，给MCU，电流传感器，霍尔或编码器等供电；
: w8 I# g2 B6 {2 UPWM隔离：采用川土微的6通道数字隔离器U10，默认低电平L输出（高电平输出则IPM模块输出全导通、造成负载短路烧坏器件）；
8 `# x, c! O3 c0 }& e! e电流采样：采用霍尔电流传感器U7、U8实现电流采样全隔离，选的+-10A量产，单位电流对应关系为：0.132V/A。
$ q+ R! R" R" o! N

1.2硬件布线
电流采样由于采用霍尔电流传感器，电压输出RC滤波接到MCU即可；
           PWM输出线和电流采样线尽量不要交叉；
6 i: H. u" \# Q( y        电源功率地，最好是单点接地。
( O+ F% L# i  r4 ~. E1 }! b* T% |+ e1.3安全说明
   仿真器或调试器：可以用我们的隔离仿真器或加USB隔离器，当然用非隔离仿真器也可以（MCU部分和强电部分都是隔离的）；
   板子及带电端口：不要用手触摸，以免被电到。

1.4接线说明

关闭温度检测接口和母线电压检测（如硬件有用到则加上）：

9 m4 n/ A4 n, N1 C8 j5 @9 Q

如果是HALL接口打钩霍尔接口并输入霍尔角度；

如果是编码器接口打钩编码器接口并线数；

如果是无感可跳过；

3 T3 S' H7 ]- L7 o( `  S

比如设置HALL接口

( j9 i  E5 w& T5 G0 ^

HALL或编码器接口设置（无感启动则无法设置）：

串口波端口及波特率设置：波特率改为115200

串口端口引脚设置：

按键启动/停止端口设置：

设置参考如下图所示：

) q0 R6 x! D; f  h* h) u2 f

AD采样时钟及UV相电流采样端口设置：

根据硬件图纸：

U对应PA5：

V对应PA4：

并降低采样时钟，设置参考如下：

无感启动界面设置为5段式启动（速度、电流最好慢慢爬升上去，最高速度1336要适当高于切入闭环的速度1226），参考如下：

& t/ W  p9 ]. p

打开工程后提示TIMx错误，更改TIM1，编译程序直至OK：

: ]$ k, v, y% K5 S1 ?$ _. ?/ h

三、调试补充说明
最好先确定下电机参数（电机找电机厂或自己测试或用我们IPM05F+NUCLEO-F302RE板子进行测试）。
3 u$ M5 Q& R& w% C首先，需要再次确认ST MC Workbench中所有设置的参数是否和实际的硬件
2 Z7 K1 ?: _0 a( t; `# q) ^" a1 r参数一致：如电机的相关参数，驱动部分的参数，单片机IO设置等。
• 如果有其中任意一个参数设置错误，可能导致电机永远也无法正确启动。
• 如果有需要，可以让电机运行在开环模式，来测量Tnoise和Trise相关参数。